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本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
系 部：
專 業(yè)：
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號：
設(shè)計(論文)題目：
CK6150數(shù)控車床主軸箱設(shè)計
起 迄 日 期:
20**年 3月9日 ~ 6月14日
設(shè)計(論文)地點:
指 導(dǎo) 教 師:
專業(yè)負(fù)責(zé)人:
發(fā)任務(wù)書日期: 20** 年 2 月 26 日
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
通過這次畢業(yè)設(shè)計使學(xué)生初步掌握機(jī)床設(shè)計和機(jī)械零件設(shè)計的一般方法，學(xué)會查閱技術(shù)文獻(xiàn)。掌握技術(shù)文件編寫的格式。
2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
1、課題任務(wù)的內(nèi)容：進(jìn)行CK6150數(shù)控車床主軸箱設(shè)計。
2、課題任務(wù)的要求：
該主軸箱設(shè)計完成以后能夠?qū)崿F(xiàn)主軸12檔轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速70 rpm、最高轉(zhuǎn)速1400rpm，半自動換檔變速。機(jī)床主軸中心高為250mm。
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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
3．對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等〕：
一、圖紙量要求：
總圖紙量大于3張0#圖
二、說明書要求
說明書條理清楚，說明正確，字?jǐn)?shù)大于1.2萬字
4．主要參考文獻(xiàn)：
[1] 文懷興. 數(shù)控機(jī)床設(shè)計實踐指南[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2008.
[2] 陳嬋娟. 數(shù)控車床設(shè)計/現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及設(shè)計叢書[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2006.
[3] 徐灝. 新編機(jī)械設(shè)計師手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1995.
[4] 葉偉昌. 機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(上冊) [M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
[5] 葉偉昌. 機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(下冊) [M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
[6] 徐錦康. 機(jī)械設(shè)計[M]. 北京：高等教育出版社，2004.
[7] 成大先編. 機(jī)械設(shè)計手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2002.
[8] 徐錦康. 機(jī)械設(shè)計[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[9] 王伯平. 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[10] 袁國定，朱洪海. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 南京：東南大學(xué)出版社，2000.
[11] 全國數(shù)控培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)天津分中心．?dāng)?shù)控機(jī)床[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2002.
[12] 林宋. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2002.
[13] 張俊生．金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
[14] 彭曉南．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.
[15] 余仲裕．?dāng)?shù)控機(jī)床維修[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
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5．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進(jìn)度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2009年
3月 9日 ~ 3月 15日
3月 16日 ~ 3月 22日
3月 23日 ~ 4月 5日
4月 6日 ~ 4月 19日
4月 20日 ~ 4月 30日
5月 1日 ~5月 17日
5月 17日 ~ 5月 30日
6月 1日 ~ 6月 7日
6月 8日 ~ 6月 14日
熟悉課題，調(diào)研，確定設(shè)計方案，完成開題報告。
完成外文翻譯。
總體設(shè)計，方案論證。
完成部件設(shè)計初稿。
部件設(shè)計定稿。
完成零件設(shè)計初稿。
零件設(shè)計定稿。
完成說明書初稿
畢業(yè)設(shè)計定稿，論文答辯
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
20**年 月 日
系部意見：
系部主任：
20**年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號：
專 業(yè)：
設(shè)計(論文)題目：
CK6150數(shù)控車床主軸箱設(shè)計
指 導(dǎo) 教 師:
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 本文主要介紹了數(shù)控機(jī)床的特點、組成、分類、應(yīng)用范圍及其對ck6150數(shù)控車床主軸箱進(jìn)行的研究分析，論述了我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過去、現(xiàn)狀，對數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討, 提出了我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的對策。
關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床 主軸箱 發(fā)展 對策
1 數(shù)控車床
數(shù)控是數(shù)字控制的簡稱，是利用數(shù)字化信息來實現(xiàn)自動控制的方法。數(shù)控機(jī)床是指采用數(shù)字化信息控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅用于機(jī)床的控制，還可用于控制其他設(shè)備。下面我們先來介紹一下數(shù)控機(jī)床的特點、組成、分類及其應(yīng)用范圍。
1.1 特點
數(shù)控機(jī)床是新型的自動化機(jī)床，它具有良好的通用性和較高的自動化程度，數(shù)控機(jī)床是實現(xiàn)柔性自動化的重要裝置之一，是發(fā)展柔性生產(chǎn)的基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床在以下的零件加工中更能顯示出它的優(yōu)越性。它們是：a、批量小而又多次生產(chǎn)的零件；b、幾何形狀復(fù)雜的零件；c、在加工過程中具有多坐標(biāo)聯(lián)動功能；d、切削余量大的零件；e、公差帶范圍小的零件；f、工藝設(shè)計變化的零件；g、加工過程中的錯誤會造成嚴(yán)重浪費的貴重零件；h、需全部檢測的零件等。概括起來，數(shù)控機(jī)床具有以下幾個方面的特點：(1)提高加工精度，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；(2)提高生產(chǎn)效率；(3)提高了加工零件的適應(yīng)性、靈活性；(4)減輕工人勞動強度；(5)提高生產(chǎn)管理水平［1］。
1.2 組成及分類
數(shù)控機(jī)床一般由4個部分組成：控制介質(zhì)、控制裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床主體組成。各組成部分各有其作用和特點。
目前，數(shù)控機(jī)床品種齊全，規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計已有400多種規(guī)格。為了研究數(shù)控機(jī)床，可以按照多種原則來進(jìn)行分類。歸納起來，通常按下面5種原則來分類：
（1）按工藝用途分類：a、普通數(shù)控機(jī)床；b、數(shù)控加工中心機(jī)床；c、多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。
（2）按控制系統(tǒng)對運動軌跡的控制方式分類：a、點位控制數(shù)控機(jī)床；b、點位直線控制數(shù)控機(jī)床；c、輪廓控制數(shù)控機(jī)床。
（3）按伺服系統(tǒng)的控制方式分類：a、開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床；b、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床；c、半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床；d、開環(huán)補償型數(shù)控機(jī)床。
（4）按數(shù)控裝置分類:a、硬線數(shù)控；b、軟線數(shù)控。
（5）按功能水平分類：a、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床；b、中檔型數(shù)控機(jī)床；c、高檔型數(shù)控機(jī)床［2］。
1.3 應(yīng)用范圍:
主要用于加工高精度回轉(zhuǎn)體類型零件,如軸類、盤類、套類,以及高精度的各種規(guī)格的內(nèi)外螺紋,可一次裝夾完成外形及內(nèi)孔的加工［3］。
2 主軸箱的研究分析
機(jī)床是機(jī)械制造行業(yè)中最基本的設(shè)備, 隨著制造業(yè)高效率、高精度、高柔性發(fā)展的需要, 人們對機(jī)床提出了越來越高的要求, 主軸箱又是機(jī)床很重要的一個部件, 因此, 很有必要對它的動態(tài)特性進(jìn)行研究。主軸箱結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性主要包括振動固有頻率、阻尼比和振型［4］。
隨著機(jī)床向高速化、高精度發(fā)展, 人們對主軸箱提出了越來越高的要求, 通過對主軸箱動態(tài)特性進(jìn)行分析研究, 準(zhǔn)確得到其動態(tài)參數(shù), 是滿足機(jī)床現(xiàn)代發(fā)展需求的有效途徑。對于主軸箱的固有動態(tài)特性, 已有學(xué)者做過分析研究, 但這些分析都存在不全面的問題［5］。如對主軸箱進(jìn)行了振動測試分析,缺少理論分析結(jié)果;對整機(jī)進(jìn)行了動態(tài)分析, 從整機(jī)角度去分析主軸箱的動態(tài)特性, 沒針對性的對主軸箱本身固有動態(tài)特性進(jìn)行分析研究［6］。因此, 為了全面分析主軸箱動態(tài)特性, 掌握準(zhǔn)確的動態(tài)參數(shù), 本文建立主軸箱有限元模型, 采用Lanczos法有限元模態(tài)分析對CK6150型數(shù)控車床主軸箱進(jìn)行動態(tài)特性研究, 并用模態(tài)實驗驗證了有限元模態(tài)分析的正確性, 說明有限元模態(tài)分析得到的動態(tài)參數(shù)是準(zhǔn)確的, 為進(jìn)一步結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了理論依據(jù)［7］。
3 我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過去、現(xiàn)狀及未來
3.1 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過去、現(xiàn)狀
我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直受到國家經(jīng)濟(jì)狀況、數(shù)控技術(shù)發(fā)展水平與國家扶持政策的制定等三大因素的影響［8］, 自年1958年以來, 中國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展劃分為三個階段：(1)初始階段。中國的數(shù)控機(jī)床發(fā)展起步于1958年, 經(jīng)歷了20余年的初始階段。(2)穩(wěn)步發(fā)展階段一引進(jìn)、消化吸收、國產(chǎn)化與自行開發(fā)階段。自從1980年以來, 中國執(zhí)行了“六五” 、“七五” 、“八五” , 三個五年計劃。在這個期間, 在改革開發(fā)的政策指導(dǎo)下, 國家大力支持機(jī)床行業(yè), 通過引進(jìn)技術(shù)發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)。(3)曲折發(fā)展階段。1994年至1998年由于東南亞金融危機(jī),我國經(jīng)濟(jì)軟著陸及國內(nèi)消費市場疲軟等綜合因素的影響, 事實上, 國內(nèi)機(jī)床市場容量呈下降趨勢, 而且國產(chǎn)機(jī)床的市場占有早有所下降, 機(jī)床工具行業(yè)連續(xù)五年負(fù)增長［9］。1999年3月份, 全行業(yè)開始恢復(fù)性增長, 1999年至6月份開始出現(xiàn)兩位數(shù)增長, 其中數(shù)控產(chǎn)品增長占主導(dǎo)地位到2000年一年全行業(yè)總產(chǎn)值將已經(jīng)到320億元。
3.2 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的未來
由于計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展, 推動數(shù)控機(jī)床技術(shù)更快的更新?lián)Q代“世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)”開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性, 并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向大大發(fā)［10］。近幾年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng), 如美國科學(xué)制造中心（NCMS）與空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站機(jī)床控制器體系結(jié)構(gòu)”O(jiān)NGC［11］。歐共體的自動化系統(tǒng)中開放式體系結(jié)構(gòu)OOSACA, 日本的OSEC計劃等［12］。開發(fā)研究成果已得到應(yīng)用。如Cincinnati-Milacron公司從1995年開始在其生產(chǎn)的加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控車床等產(chǎn)品中采用了開放式體系結(jié)構(gòu)的A2100系統(tǒng)。新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高, 促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床性能向高精度、高速度、高柔性化方向發(fā)展［13］。
4 對我國數(shù)控機(jī)床提出的一些對策
(1)繼續(xù)強化企業(yè)體制和機(jī)制的創(chuàng)新,培育一批市場競爭力強的新型企業(yè)［14］。(2)加大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的力度,大力發(fā)展功能部件產(chǎn)業(yè)。我國歷來只重視主機(jī),而忽視“中場”產(chǎn)業(yè),造成我國數(shù)控機(jī)床的功能部件,要么質(zhì)差、性能不及國外名牌。為此,我國應(yīng)大力發(fā)展功能部件產(chǎn)業(yè),凡是屬于精密機(jī)械部件性質(zhì)的功能部件要在短期內(nèi)爭取在質(zhì)量和性能上趕上和超過國外名牌。我國在這方面還是很有潛力的，關(guān)鍵是要轉(zhuǎn)變觀念［15］。此外,還要把技術(shù)發(fā)展上遠(yuǎn)比機(jī)床落后的數(shù)控刀具產(chǎn)業(yè)搞上去,(3)推行“官、產(chǎn)、學(xué)、研、用 ”相結(jié)合的國家下一代數(shù)控機(jī)床專項攻關(guān)計劃, 攻克下一代數(shù)控機(jī)床的一系列技術(shù)難題。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 文懷興. 數(shù)控機(jī)床設(shè)計實踐指南[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2008.
[2] 陳嬋娟. 數(shù)控車床設(shè)計/現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及設(shè)計叢書[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2006.
[3] 徐灝. 新編機(jī)械設(shè)計師手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1995.
[4] 葉偉昌. 機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(上冊) [M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
[5] 葉偉昌. 機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(下冊) [M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
[6] 徐錦康. 機(jī)械設(shè)計[M]. 北京：高等教育出版社，2004.
[7] 成大先編. 機(jī)械設(shè)計手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2002.
[8] 徐錦康. 機(jī)械設(shè)計[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[9] 王伯平. 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[10] 袁國定，朱洪海. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 南京：東南大學(xué)出版社，2000.
[11] 全國數(shù)控培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)天津分中心．?dāng)?shù)控機(jī)床[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2002.
[12] 林宋. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2002.
[13] 張俊生．金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
[14] 彭曉南．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.
[15] 余仲裕．?dāng)?shù)控機(jī)床維修[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題要研究或解決的問題:
某企業(yè)需要購置一批具有較好剛性的CK6150系列數(shù)控車床以滿足生產(chǎn)需求。該數(shù)控車床主軸最低轉(zhuǎn)速為70rpm，最高轉(zhuǎn)速為1400rpm，半自動換檔變速，主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)為12級。
研究手段:
1.熟悉圖紙了解加工要求；
2.了解鋁合金箱體的最基本的加工方法；
3.了解箱體類零件機(jī)加工工藝路線；
4.根據(jù)不同的生產(chǎn)綱領(lǐng)了解不同的加工方法
5.編制出與相應(yīng)的生產(chǎn)綱領(lǐng)的機(jī)加工工序卡及夾具的設(shè)計；
6.編寫設(shè)計計算說明書；
7.通過對機(jī)加工工序卡熟悉工藝設(shè)計的全過程；
8.通過設(shè)計把所學(xué)基礎(chǔ)理論，專業(yè)知識運用到實踐中去；
9.通過設(shè)計提高自己分析問題和解決問題的能力；
10.能為今后的工作打下一個好的基礎(chǔ)。
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指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：
閱讀了大量關(guān)于數(shù)控機(jī)床方面的書籍，對數(shù)控車床的特點、組成及分類、應(yīng)用范圍、數(shù)控車床主軸箱的研究分析、我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過去、現(xiàn)狀及未來、對我國數(shù)控機(jī)床提出的一些對策等有了初步的認(rèn)識，為數(shù)控車床的設(shè)計做了一些基礎(chǔ)工作。
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：
通過對本課題的研究使學(xué)生的基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識、技術(shù)水平以及實際應(yīng)用能力和文字、語言表達(dá)能力得到鍛煉，是學(xué)生綜合運用所學(xué)理論技能知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合的重要階段，是培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力的重要環(huán)節(jié)。
通過本課題的研究使學(xué)生對數(shù)控機(jī)床的設(shè)計有一個初步的認(rèn)識，學(xué)會如何查找文獻(xiàn)、如何進(jìn)行方案的設(shè)計、校核、定稿等等。綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計、工藝、公差、機(jī)械制圖CAD等知識進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床部件的設(shè)計。完成3張0號圖紙，1.2萬字的條理清楚的說明書。
指導(dǎo)教師：
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
目 錄
1 引言 1
2 數(shù)控機(jī)床概況 2
2.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 2
2.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 2
3 數(shù)控車床的簡介 3
3.1 數(shù)控車床的組成及工作原理 3
3.2 數(shù)控車床的特點 4
3.3 數(shù)控車床的適用范圍 4
4 數(shù)控車床的設(shè)計 6
4.1 數(shù)控車床的設(shè)計方法和特點 6
4.2 數(shù)控機(jī)床的設(shè)計步驟 6
5 CK6150數(shù)控車床主軸箱設(shè)計 8
5.1 數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的發(fā)展 8
5.2 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求 8
5.3 主傳動系統(tǒng)設(shè)計 10
5.4 動力設(shè)計 11
5.5 帶傳動設(shè)計 14
6 主軸組件的性能要求 18
7 主軸結(jié)構(gòu)及熱處理要求 19
結(jié)束語 20
致謝 21
參考文獻(xiàn) 22
本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 共 22 頁
1 引言
機(jī)床設(shè)計和制造的發(fā)展速度是很快的。由原先的只為滿足加工成形而要求刀具與工件間的某些相對運動關(guān)系和零件的一定強度和剛度，發(fā)展至今日的高度科學(xué)技術(shù)成果綜合應(yīng)用的現(xiàn)代機(jī)床的設(shè)計，也包括計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）的應(yīng)用。但目前機(jī)床主軸變速箱的設(shè)計還是以經(jīng)驗或類比為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)（經(jīng)驗）設(shè)計方法。因此，探索科學(xué)理論的應(yīng)用，科學(xué)地分析的處理經(jīng)驗，數(shù)據(jù)和資料，既能提高機(jī)床設(shè)計和制造水平，也將促進(jìn)設(shè)計方法的現(xiàn)代
機(jī)床設(shè)計是學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課及有關(guān)專業(yè)課的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)床傳動部件（主軸變速箱）設(shè)計進(jìn)行的綜合訓(xùn)練。我們畢業(yè)設(shè)計題目是CK6150數(shù)控車床的主軸箱設(shè)計。
在本設(shè)計中首先進(jìn)行參數(shù)擬定，運動設(shè)計，動力計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計，軸和軸承的驗算，主軸箱裝配設(shè)計，設(shè)計計算說明書等內(nèi)容。
設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸，軸承，帶輪，離合器和制動器等），主軸組件，操縱機(jī)構(gòu)，潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計限于時間，一般只畫展開圖及一或兩個截面圖。
主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機(jī)床主運動的傳動系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速（速度）和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同尺寸，不同要求的工件，并能方便的實現(xiàn)運動的開停，變速，換向和制動等。
數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機(jī)、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機(jī)的無級調(diào)速來承擔(dān)，剩去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動機(jī)無級調(diào)速的范圍。
2 數(shù)控機(jī)床概況
2.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展
隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型。特別是在宇航、造船、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機(jī)床或?qū)Ｓ没潭雀叩淖詣踊瘷C(jī)床已不能適應(yīng)這些要求。為了解決上述問題，一種新型的機(jī)床——數(shù)控機(jī)床應(yīng)運而生。這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。它綜合應(yīng)用了電子計算機(jī)、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機(jī)床控制的發(fā)展方向。
2.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢
從數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平看，高精度（定位精度：微米級、納米級）、高速度（主軸轉(zhuǎn)速10000r/min，快速進(jìn)給24m/min，換刀時間2～3s）、高柔性（多主軸、多工位、多刀庫）、多功能（立臥并用、復(fù)合加工）和高自動化（自動上下料、自動監(jiān)控、自動測量和通信功能）是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢［1］。對單臺主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動化程度，還要求具有進(jìn)入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。
在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的FANCU，德國的SIEMENS和美國的AB公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位和32位微處理機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到1MB以上，機(jī)床分辨率可達(dá)0.1um，高速進(jìn)給可達(dá)100m/min，控制軸數(shù)可達(dá)16個，并采用先進(jìn)的電裝工藝［2］。
在驅(qū)動系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流傳動已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點漂移、溫度漂移等弱點。
3 數(shù)控車床的簡介
3.1 數(shù)控車床的組成及工作原理
數(shù)控車床由:程序編制及程序載體、輸入裝置 、 數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動、位置檢測裝置、輔助控制裝置、車床本體等幾部分組成。如圖3.1所示：
圖3.1 伺服系統(tǒng)總體方案框圖
在傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床上，加工零件時操作者根據(jù)圖樣的要求，通過不斷改變刀具的運動軌跡，運動速度等參數(shù)，使刀具對工件進(jìn)行切削加工，最終加工出合格零件。
數(shù)控車床的加工其實質(zhì)是應(yīng)用了“微分”原理。
其工作原理與過程可簡述如下：
(1) 數(shù)控裝置根據(jù)加工程序要求的刀具軌跡，將軌跡按車床對應(yīng)的坐標(biāo)軸，以最小移動量（脈沖當(dāng)量）進(jìn)行微分，并計算出各軸需要移動的脈沖數(shù)。
(2) 通過數(shù)控裝置的插補軟件或插補運算器，把要求的軌跡用最小移動單位的等效折線進(jìn)行擬合，并找出最接近理論軌跡的擬合折線。
(3) 數(shù)控裝置根據(jù)擬合折線的軌跡，給相應(yīng)的坐標(biāo)軸連續(xù)不斷地分配進(jìn)給脈沖，并通過伺服驅(qū)動使車床坐標(biāo)軸按分配的脈沖運動。
由上可見：
(a) 只要數(shù)控車床的最小移動量（脈沖當(dāng)量）足夠小，所用的擬合折線就完全可以等效代替理論曲線；
(b) 只要改變坐標(biāo)軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達(dá)到改變加工軌跡的目的；
(c) 只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標(biāo)軸（刀具）的運動速度。這樣就實現(xiàn)了數(shù)控車床控制刀具移動軌跡的根本目的。
3.2 數(shù)控車床的特點
(1) 加工對象改型的適應(yīng)性強 由于在數(shù)控車床上改變加工零件時，只需要重新編制程序就能實現(xiàn)對零件的加工，它不同于傳統(tǒng)的車床，不需要制造、更換許多工具、夾具和檢具，更不需要重新調(diào)整車床。
(2）加工精度高 數(shù)控車床是以數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工的，由于目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（即每輸出一個脈沖后數(shù)控機(jī)床移動部件相應(yīng)的移動量）一般達(dá)到了0.001mm，而且進(jìn)給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補償，因此，數(shù)控車床能達(dá)到比較高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。［3］
(3）生產(chǎn)效率高 零件加工所需要的時間包括機(jī)動時間與輔助時間兩部分。數(shù)控車床能夠有效地減少這兩部分時間，因而加工生產(chǎn)率比一般車床高得多。數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的范圍比普通車床的范圍大，每一道工序都能選用最有利的切削用量，良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控車床進(jìn)行大切削用量的強力切削，有效地節(jié)省了機(jī)動時間。
(4）自動化程度高 數(shù)控車床對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的，操作者除了操作面板、裝卸零件、關(guān)鍵工序的中間測量以及觀察機(jī)床的運行之外，其他的機(jī)床動作直至加工完畢，都是自動連續(xù)完成，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動強度與緊張程度均大為減小，勞動條件也得到相應(yīng)的改善。
(5）良好的經(jīng)濟(jì)效益 使用數(shù)控車床加工零件時，分?jǐn)傇诿總€零件上的設(shè)備費用是比較昂貴的。但在單件、小批量生產(chǎn)情況下，可以節(jié)省工藝裝備費用、輔助生產(chǎn)工時、生產(chǎn)管理費用及降低廢品率等，因此能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
(6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 用數(shù)控車床加工零件，能準(zhǔn)確地計算零件的加工工時，并有效地簡化了檢驗和工夾具、半成品的管理工作。這些都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。
3.3 數(shù)控車床的適用范圍
數(shù)控車床與臥式車床一樣，也是用來加工軸類或盤類的回轉(zhuǎn)體零件。但是由于數(shù)控車床是自動完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，所以數(shù)控車床特別適合加工形狀復(fù)雜的軸類或盤類零件。
數(shù)控車床確實存在一般車床所不具備的許多優(yōu)點，但是這些優(yōu)點都是以一定條件為前提的。數(shù)控車床的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，但它并不能完全代替其他類型的機(jī)床，也還不能以最經(jīng)濟(jì)的方式解決機(jī)械加工中的所有問題。數(shù)控車床通常最適合加工具有以下特點的零件。
多品種小批量生產(chǎn)的零件 通常采用數(shù)控車床加工的合理生產(chǎn)批量在10~200件 之間。目前有向中批量發(fā)展的趨勢。
結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件 通常數(shù)控車床適宜于加工結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在非數(shù)控車床上加工時需要有昂貴的工藝裝備的零件。
需要頻繁改型的零件 它節(jié)省了大量的工藝裝備費用，使綜合費用下降。
價格昂貴、不允許報廢的關(guān)鍵零件。
需要最短生產(chǎn)周期的急需零件。數(shù)控車床的初始投資相對較大，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，又增加了維修費用。如果缺少完善的售后服務(wù)，往往不能及時排除設(shè)備故障，將會在一定程度上影響機(jī)床的利用率，這些因素都會增加綜合生產(chǎn)費用。
考慮到以上所述的種種原因，在決定選用數(shù)控車床加工時，需要進(jìn)行反復(fù)對比和 細(xì)的經(jīng)濟(jì)分析，使數(shù)控車床發(fā)揮它的最佳經(jīng)濟(jì)效益。
4 數(shù)控車床的設(shè)計
4.1 數(shù)控車床的設(shè)計方法和特點
（1）數(shù)控車床的設(shè)計方法
在過去的機(jī)床設(shè)計中多采用類比法，以古典力學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的簡單公式或經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行手工計算和手工設(shè)計，設(shè)計效率低、質(zhì)量差、周期長。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會需求的變化，數(shù)控車床的設(shè)計理論和技術(shù)也在不斷地發(fā)展。特別是近年來計算方法、控制理論、系統(tǒng)工程、創(chuàng)造工程、價值工程等學(xué)科的發(fā)展，尤其是計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為機(jī)床設(shè)計方法的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。
車床的設(shè)計方法是根據(jù)其設(shè)計類型而定。普通車床采用系列化設(shè)計方法。系列中基型產(chǎn)品屬創(chuàng)新設(shè)計類型，其他屬變型設(shè)計類型。
在創(chuàng)新設(shè)計類型中，車床總體方案的產(chǎn)生方法可采用分析式設(shè)計或創(chuàng)成式設(shè)計。前者是用類比分析、推理方法產(chǎn)生方案，是目前創(chuàng)新設(shè)計一般采用的方法。后者則用創(chuàng)成解析的方法生成方案，創(chuàng)新能力強，這種方法尚在研究發(fā)展之中。
（2）設(shè)計方法的特點
數(shù)控車床設(shè)計方法與現(xiàn)代科技發(fā)展相適應(yīng)，具有明顯的特點。
(a) 設(shè)計手段計算機(jī)化
(b) 設(shè)計方法綜合化
(c) 設(shè)計對象系統(tǒng)化
(d) 設(shè)計目標(biāo)最優(yōu)化
(e) 設(shè)計問題模型化
(f) 設(shè)計過程程式化與并行化
4.2 數(shù)控機(jī)床的設(shè)計步驟
數(shù)控車床的設(shè)計內(nèi)容及步驟大致可概括為以下幾方面。
(1) 主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計
主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計是后續(xù)設(shè)計的前提和依據(jù)。設(shè)計任務(wù)的來源不同，如工廠的規(guī)劃產(chǎn)品，或根據(jù)車床系列型譜進(jìn)行設(shè)計的產(chǎn)品，或用戶定貨等，雖具體的要求不同，但所要進(jìn)行的內(nèi)容大致相同。主要有以下技術(shù)指標(biāo)。
(a) 用途 指數(shù)控車床的工藝范圍，包括加工對象的材料、質(zhì)量、形狀及尺寸等。
(b) 生產(chǎn)率 包括加工對象的種類、批量及所要求的生產(chǎn)率。
(c) 性能指標(biāo) 包括加工對象所要求的精度或數(shù)控車床的精度、剛度、熱變形、噪聲等性能指標(biāo)。
(d) 主要參數(shù) 即確定數(shù)控車床的加工空間和主要參數(shù)。
(e) 驅(qū)動方式 數(shù)控車床電動驅(qū)動方式分為步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動與伺服電動機(jī)驅(qū)動。驅(qū)動方式的確定不僅與機(jī)床的成本有關(guān)，還將直接影響傳動方式的確定。
(f) 成本及生產(chǎn)周期 無論是定貨還是工廠規(guī)劃的產(chǎn)品，都應(yīng)確定成本及生產(chǎn)周期方面的指標(biāo)。
(2) 總體方案設(shè)計 總體方案設(shè)計包括以下幾方面設(shè)計。
(a) 運動功能設(shè)計 包括確定數(shù)控車床所需運動的個數(shù)、形式（直線運動、回轉(zhuǎn)運動）功能（主運動、進(jìn)給運動、其他運動）及排列順序，最后畫出數(shù)控車床的運動功能圖。
(b) 基本參數(shù)設(shè)計 包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)設(shè)計。
(c) 傳動系統(tǒng)設(shè)計 包括傳動方式、傳動原理圖及傳動系統(tǒng)圖設(shè)計。
(d) 總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計 包括運動功能分配、總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案圖設(shè)計。
(e) 控制系統(tǒng)設(shè)計 包括控制方式及控制原理、控制系統(tǒng)圖設(shè)計。
(3) 總體方案綜合評價與選擇 在總體方案設(shè)計階段，對其各種方案進(jìn)行綜合評價，從中選擇較好的方案。
(4) 總體方案的設(shè)計修改或優(yōu)化 對所選擇的方案進(jìn)行進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，確定最終方案。上述設(shè)計內(nèi)容，在設(shè)計過程中要交叉進(jìn)行。
(5) 詳細(xì)設(shè)計
(6) 技術(shù)設(shè)計 包括確定結(jié)構(gòu)原理方案、裝配圖設(shè)計、分析計算或優(yōu)化。
施工設(shè)計 包括零件圖設(shè)計、商品化設(shè)計、編制技術(shù)文檔等。
上述步驟可反復(fù)進(jìn)行，達(dá)到設(shè)計結(jié)果滿意為止。在設(shè)計過程中，設(shè)計與評價反復(fù)進(jìn)行，可以提高一次設(shè)計成功率。
5 CK6150數(shù)控車床主軸箱設(shè)計
5.1 數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的發(fā)展
近年來，隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)也呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢，如主軸轉(zhuǎn)速的高速化、功能結(jié)構(gòu)的復(fù)合化、柔性化。
高速主軸單元為適應(yīng)數(shù)控加工高速化的發(fā)展，目前越來越多的高速數(shù)控車床采用了電主軸。電主軸又稱內(nèi)置式電動機(jī)主軸單元，就是將高速電動機(jī)置于機(jī)床主軸部件內(nèi)部，通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作速度和轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)電動機(jī)、主軸的一體化功能。與傳統(tǒng)主傳動系統(tǒng)相比，電主軸的主要特點有：
(1) 結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械效率高、噪聲低、振動小、精度高；
(2) 電主軸可在額定轉(zhuǎn)速范圍實現(xiàn)無級調(diào)速；
(3) 可實現(xiàn)精確的主軸定位及軸傳動功能；
(4) 電主軸更易實現(xiàn)高速化，其動態(tài)精度和動態(tài)穩(wěn)定性更好；
(5) 主軸運行更平穩(wěn)，使主軸軸承的壽命得到延長。
高速電主軸所融合的技術(shù)主要包括以下幾方面。
(1) 高速精密軸承
(2) 潤滑技術(shù)
(3) 冷卻技術(shù)
(4) 高速變頻驅(qū)動
復(fù)合化和柔性化 隨著數(shù)控車床對加工對象適應(yīng)性的不斷提高，數(shù)控車床的 設(shè)計發(fā)生了很大變化，并向著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。
數(shù)控車床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工的工序概念，車削中心又把車、銑、鏜、鉆等工序集中到同一臺機(jī)床上來完成，完全打破了傳統(tǒng)工藝規(guī)程規(guī)定，由機(jī)床單一化走向多元化、復(fù)合化。
由此可見，現(xiàn)代數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計不限于只滿足原有的基本要求，還要綜合考慮現(xiàn)代制造對機(jī)床的整體要求，如制造控制、過程控制以及物料傳輸，以縮短產(chǎn)品的加工時間、周轉(zhuǎn)時間、制造周期，最大限度地提高生產(chǎn)率［4］。
5.2 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求
現(xiàn)代切削加工正朝著高速、高效和高精度的方向發(fā)展，要求機(jī)床主傳動系統(tǒng)具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的無級調(diào)速范圍；在切削加工中能自動變換速度，機(jī)床結(jié)構(gòu)要簡單，噪聲要小，動態(tài)性能要好，可靠性要高。數(shù)控車床作為高度自動化的機(jī)電一體化設(shè)備，其主傳動系統(tǒng)的設(shè)計一般應(yīng)滿足如下基本要求。如圖5.1所示：
圖5.1 特征設(shè)計樹
(1) 使用性能要求 首先應(yīng)滿足機(jī)床的運動特性，如機(jī)床的主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)。傳動系統(tǒng)設(shè)計合理，操作方便靈活、迅速、安全可靠。
(2) 傳遞動力要求 主電動機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動效率。
(3) 工作性能要求 主傳動中所有零部件要有足夠的剛度、精度和抗振性，熱變形特性穩(wěn)定。
此外，還要求主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整和維修；工藝性好，便于加工和裝配；防護(hù)性能好；使用壽命長。
主傳動系統(tǒng)的傳動方式：
傳動方案確定后，要進(jìn)行方案的結(jié)構(gòu)化，確定個零件的實際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對傳動件的尺寸先進(jìn)行估算，如傳動軸的直徑、齒輪模數(shù)、離合器、制動器、帶輪的根數(shù)和型號等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫出草圖，得出初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行主要零件的驗算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強度等，必要時作結(jié)構(gòu)和方案上的修改，重新驗算，直到滿足要求，最后才能畫正式裝備圖。
機(jī)床主傳動系統(tǒng)可分為分級變速傳動和無級變速傳動。分級變速傳動是在一定的變速范圍內(nèi)均勻地、離散地分布著有限級數(shù)的轉(zhuǎn)速，變速級數(shù)一般不超過20~30級。這種傳動方式主要用于普通機(jī)床，一些普通機(jī)床經(jīng)數(shù)控化改造后也保留了原分級變速傳動方式。無級變速傳動可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工要求的最佳速度，能在運轉(zhuǎn)中變速，便于自動變速。數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)通常采用無級變速傳動。
與普通機(jī)床相比，數(shù)控車床的主傳動采用交、直流主軸調(diào)速電動機(jī)，電動機(jī)調(diào)速范圍大，并可無級調(diào)速，使主軸箱結(jié)構(gòu)大為簡化。為了適應(yīng)不同的加工需要，數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)有以下三種傳動方式：
(1) 由電動機(jī)直接驅(qū)動 主軸電動機(jī)與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動機(jī)直接驅(qū)動。
(2) 采用定比傳動 主軸電動機(jī)經(jīng)定比傳動傳遞給主軸。定比傳動可采用帶傳動或齒輪傳動。
(3) 采用分擋變速傳動 采用分擋變速傳動主要是為了解決主軸電動機(jī)的功率特性與機(jī)床主軸功率特性的匹配。變速機(jī)構(gòu)一般仍用齒輪副來實現(xiàn)。
5.3 主傳動系統(tǒng)設(shè)計
5.3.1 運動設(shè)計
已知條件：
(1) 確定轉(zhuǎn)速范圍：主軸最小轉(zhuǎn)速nmin =70r/min 主軸最高轉(zhuǎn)速nmax =1400r/min.
(2) 齒輪換檔轉(zhuǎn)速級數(shù):z=6：
5.3.2 結(jié)構(gòu)分析式
6＝2×3
從電動機(jī)到主軸主要為降速傳動，若使傳動副較多的傳動組放在較接近電動機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動副前多后少的原則［5］。在降速傳動中，防止齒輪直徑過大而使徑向尺寸常限制最小傳動比 ；在升速時為防止產(chǎn)生過大的噪音和震動常限制最大轉(zhuǎn)速比。在主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍。在設(shè)計時必須保證中間傳動軸的變速范圍最?。?］ 。
5.3.3 確定轉(zhuǎn)速
(1) 選擇電動機(jī)
一般車床若無特殊要求，多采用Y系列封閉式三相異步電動機(jī)，根據(jù)原則條件選擇功率為7.5KW的雙速電機(jī)，轉(zhuǎn)速為1440 r/min和960 r/min籠式三相異步電動機(jī)。
(2) 分配總降速傳動比
總降速傳動比 i=n /n =76/1400=0.054
又電動機(jī)轉(zhuǎn)速不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而增加一定比傳動副［7］。
(3) 確定傳動軸軸數(shù)
傳動軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動副 =3
(4) 確定各級轉(zhuǎn)速并確定轉(zhuǎn)速
由n=76r/min &1=1.83 &2=1.80 &3=1.35 &4=1.35 &5=2.05 &6=2.03確定各級轉(zhuǎn)速：
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時，主軸轉(zhuǎn)速依次為:1400、682、427、374、208、114r/min
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時，主軸轉(zhuǎn)速依次為:933、455、285、249、139、76r/min
在四根軸中，除去電動機(jī)軸，其余三軸按傳動順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ?，F(xiàn)由Ⅲ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速：
先來確定Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速
Ⅱ軸轉(zhuǎn)速可能有：
n=1440r/min時 1375、670、367
n=960r/min時 917、447、245
確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速
n=1440r/min時：1037、690r/min
由此也可確定加在電動機(jī)與主軸之間的定傳動比。（電動機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）［8］。
(5) 確定各變速組傳動副齒數(shù)
軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：42、雙聯(lián)齒輪61、28。
軸Ⅱ上的齒輪齒數(shù)分別為：雙聯(lián)齒輪65、46、79、57、23。
軸Ⅲ上的齒輪齒數(shù)分別為：57、74。
5.4 動力設(shè)計
5.4.1 確定各軸轉(zhuǎn)速
(1) 確定主軸計算轉(zhuǎn)速：主軸的計算轉(zhuǎn)速為
N=70r/min
(2) 各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速：
軸Ⅱ可從主軸70r/min按74/23的傳動副找上去，軸Ⅲ的計算轉(zhuǎn)速
245r/min；軸Ⅱ的計算轉(zhuǎn)速為690r/min。
主軸箱共設(shè)置四套變速操縱機(jī)構(gòu)。共設(shè)有4個電磁離合器，不同的離合器的工作與斷開組合可實現(xiàn)6種轉(zhuǎn)速，主電機(jī)選雙速電機(jī)，我們設(shè)計的機(jī)床一共有12種轉(zhuǎn)速。
(a) 離合器Ⅰ合上，離合器Ⅲ合上，離合器Ⅱ斷開，離合器Ⅳ斷開，滑動齒輪56處于左位。（主電機(jī)轉(zhuǎn)速n＝1440，n=960大帶輪D=215,小帶輪d＝158，效率系數(shù)＝0.98，Z1=65,Z2=42,Z3=56,Z4=57）［9］
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時
n計算=1440×158/215×0.98×42/65×57/56=682r/min
n標(biāo) =680r/min
n誤差 =（682-680）/680= 3‰<5%
符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn)
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時
n計算=960×158/215×0.98×42/65×57/56=455r/min
n標(biāo)=460r/min
n誤差 =（460-455）/455= 1%<5%
符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn)
(b) 離合器Ⅰ合上，離合器Ⅲ合上，離合器Ⅱ斷開，離合器Ⅳ斷開，滑動齒輪56處于右位。（主電機(jī)轉(zhuǎn)速n＝1440，n=960,大帶輪D=215,小帶輪d＝158，效率系數(shù)＝0.98，Z1=65,Z2=42,Z3=74,Z4=23）［10］
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時
n計算=1440×158/215×0.98×42/65×23/74=210r/min
n標(biāo)=210r/min
n誤差n =（210-208）/210= 1%<5%
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時
n計算=960×158/215×0.98×42/65×23/74=139r/min
n標(biāo)=140r/min
n誤差 =（140-139）/140= 7‰<5%
符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn)
(c) 離合器Ⅰ斷開，離合器Ⅱ合上，離合器Ⅲ合上，離合器Ⅳ斷開，滑動齒輪56處于左位。（主電機(jī)轉(zhuǎn)速n＝1440，n=960,大帶輪D=215,小帶輪d＝158，效率系數(shù)＝0.98，Z1=46,Z2=61,Z3=56,Z4=57）［11］
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時
n計算=1440×158/215×0.98×61/46×57/56=1410r/min
n標(biāo)=1400r/min
n誤差=0<5%
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時
n計算=960×158/215×0.98×61/46×57/56=933r/min
n標(biāo)=930r/min
n誤差=（933-930）/930= 3‰<5%
符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn)
(d) 離合器Ⅰ斷開，離合器Ⅱ合上，離合器Ⅲ合上，離合器Ⅳ斷開，滑動齒輪56處于右位。（機(jī)床轉(zhuǎn)速n＝1440，n=960,大帶輪D=215,小帶輪d＝158，效率系數(shù)＝0.98，Z1=46,Z2=61,Z3=74,Z4=27）
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時
n計算=1440×158/215×0.98×61/46×27/74=427r/min
n標(biāo)=430r/min
n誤差=（430-427）/430= 7‰<5%
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時
n計算=960×158/215×0.98×61/46×27/74=335r/min
n標(biāo)=290r/min
n誤差=（290-285）/290= 1.7%<5%
符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn)［12］
(e) 離合器Ⅰ斷開，離合器Ⅱ合上，離合器Ⅲ斷開，離合器Ⅳ合上，滑動齒輪56處于左位。（主電機(jī)轉(zhuǎn)速n＝1440，n=960,大帶輪D=215,小帶輪d＝158，效率系數(shù)＝0.98，Z1=28,Z2=79,Z3=56,Z4=57）
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時
n計算=1440×158/215×0.98×28/79×57/56=377r/min
n標(biāo)=370r/min
n誤差=（374-370）/374= 1%<5%
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時
n計算=960×158/215×0.98×28/79×57/56=249r/min
n標(biāo)=250r/min
n誤差=（250-2490）/250=4‰<5%
符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn)
(f) 離合器Ⅰ斷開，離合器Ⅱ合上，離合器Ⅲ斷開，離合器Ⅳ合上，滑動齒輪56處于右位［13］。（主電機(jī) 轉(zhuǎn)速n＝1440，n=960,大帶輪D=215,小帶輪d＝158，效率系數(shù)＝0.98，Z1=79,Z2=28,Z3=74,Z=23）
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時
n計算=1440×158/215×0.98×28/79×23/74=115r/min
n標(biāo)=110r/min
n誤差=(114-110)/114= 3.6%<5
主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時
n計算=960×158/215×0.98×28/79×23/74=76r/min
n標(biāo)=75r/min
n誤差=(76-75)/76= 1.3%<5%
符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn)
由上得機(jī)床轉(zhuǎn)速最高1400r/min,最低70r/min.
5.5 帶傳動設(shè)計
電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=7.5KW,傳動比i=1.36，兩班制，
一天運轉(zhuǎn)16.1小時，工作年數(shù)10年。
(1) 確定計算功率 取1.1，則P=KP=1.17.5=8.25KW
(2) 選取V帶型
根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計算功率，選B型帶。
(3) 確定帶輪直徑和驗算帶速
查表小帶輪基準(zhǔn)直徑d =158mm,d =158×i=158×1.36=215
驗算帶速成=
其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；
-小帶輪直徑，mm；
V=3.14m/s
(4) 確定帶傳動的中心距和帶的基準(zhǔn)長度
設(shè)中心距為,則
0．55（）a2（）
于是 205.15a746,初取中心距為400mm。
帶長+
=2
查表取相近的基準(zhǔn)長度，L =1390mm.
帶傳動實際中心距=+=397.5mm
(5) 驗算小帶輪的包角
一般小帶輪的包角不應(yīng)小于。
=161.4≈120°合適。
(6) 確定帶的根數(shù)
Z=
其中： -時傳遞功率的增量；
-按小輪包角，查得的包角系數(shù)；
-長度系數(shù)；
為避免V型帶工作時各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于10［14］。
Z==4
(7) 計算帶的張緊力
F=500()+q
其中： -帶的傳動功率,KW；
v-帶速,m/s；
q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.17kg/m。
v = 1440r/min = 11.9/s。
F=500)+0.17=193.7N
(8) 計算作用在軸上的壓軸力
F=1530N
我們設(shè)計的CK6150數(shù)控車床的主軸是一個空心的階梯軸，其內(nèi)孔可用來通過棒料或卸頂尖時穿入所用的鐵棒，也可用于通過氣功、電動或液壓夾緊裝置的機(jī)構(gòu)。主軸前端的錐孔為莫氏6號錐度，用來安裝頂尖套及前頂尖；有時，也可以安裝心軸，利用錐面配合的摩擦力直接帶動心軸和工作轉(zhuǎn)動。
主軸前端采用短錐法蘭式結(jié)構(gòu)。它的作用是安裝卡盤和撥盤，它以短錐和軸肩端面作定位面?？ūP、撥盤等夾具通過卡盤座，用四個螺栓固定在主軸上。安裝卡盤時只需將預(yù)先擰緊在卡盤上的螺栓連同螺母一起，從主軸軸肩和鎖緊盤上的孔中穿過，然后將鎖緊盤轉(zhuǎn)過一個角度，使螺栓進(jìn)入鎖緊盤上寬度較窄的圓弧槽內(nèi)，把螺母卡住，然后再把螺母擰緊，就可把卡盤等夾具緊固在主軸上。這種主軸軸端結(jié)構(gòu)的定心精度高，連接剛度好，卡盤懸伸長度短，裝卸卡盤也比較方便，因此，在新型車床上應(yīng)用很普通。
主軸安裝在兩支承上，前支承為P5級精度的雙列圓柱滾珠軸承，用于承受徑向力。軸承內(nèi)環(huán)和主軸之間有1：12錐度相配合。當(dāng)內(nèi)環(huán)與主軸在軸向相對移動時，內(nèi)環(huán)可產(chǎn)生彈性膨脹或收縮，以調(diào)整軸承的徑向間隙大小，調(diào)整后用圓形螺母鎖緊。前支承處裝有阻尼套筒，內(nèi)套裝在主軸上，外套裝在前支承座孔內(nèi)。內(nèi)外套徑向之間有0.2mm的間隙，其中充滿了潤滑油，能有效地抑制振動，提高主軸的動態(tài)性能。
后軸承由一個推力球軸承和角接觸球軸承組成，分別用以承受軸向力（左、右）和徑向力。同理，軸承的間隙和預(yù)緊可以用主軸尾端的螺母調(diào)整。
主軸前后支承的潤滑，都是由潤滑油泵供油。潤滑油通過進(jìn)油孔對軸承進(jìn)行充分的潤滑，并帶走軸承運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量。為了避免漏油，前后支承采用了油溝式密封。主軸旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，油液就沿著斜面（朝箱內(nèi)方向）被甩到軸承端蓋的接油槽內(nèi)，由孔流向主軸箱。
主軸上裝有三個齒輪，右端的斜齒圓柱齒輪Z（74，m＝3.5mm，螺旋角8°47′51″，左旋）空套在主軸上。采用斜齒齒輪可以使主軸運轉(zhuǎn)比較平衡，傳動時此齒輪作用在主軸上的軸向力與進(jìn)給力F1的方向相反，因此，可以減少主軸前支承所承受的軸向力。中間的齒輪Z56可以在主軸的花鍵上滑移。這時可用手轉(zhuǎn)動主軸，以便于測量主軸回轉(zhuǎn)精度及裝夾時正等工作。左端的齒輪Z58固定在主軸上，用于將主軸旋轉(zhuǎn)信號傳給編碼器，以實現(xiàn)螺紋加工。
6 主軸組件的性能要求
主軸組件是機(jī)床主要部件之一。由于主軸組件直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，因而數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量很大程度上要靠它保證。據(jù)統(tǒng)計，相對于機(jī)床的其他部件，主軸組件對加工綜合誤差的影響在通常情況下要占30%～40%，嚴(yán)重時可達(dá)60%～80%。因此，數(shù)控機(jī)床設(shè)計對主軸組件提出了很高的要求。主軸組件的性能包括以下幾方面。
(1) 精度 主軸組件的精度包括旋轉(zhuǎn)精度和運動精度［15］。
旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后的部件在無載或低速轉(zhuǎn)動條件下，軸錐孔中心線的徑向跳動：近主軸端0.01，在300mm 處0.02；溜板移動對主軸中心線不平行度：上母線0.03只許向上，側(cè)母線0.015只許向操作者；小刀架移動對主軸中心線的不平行度：0.04；
主軸的軸向竄動：0.01；主軸軸肩支撐面的跳動：0.01；主軸錐孔中心線和尾架套筒伸出方向的不平行度：上母線0.015/100只許向上，側(cè)母線0.01/100只許向操作者；
主軸錐孔中心線和尾架套筒錐孔中心線對溜板移動的不等高度0.06只許尾架高。
(2) 靜態(tài)剛度 主軸組件的靜態(tài)剛度是指受外力作用時，主軸組件抵抗變形的能力，又分為抗彎和扭轉(zhuǎn)兩種剛度。數(shù)控機(jī)床多采用抗彎剛度作為衡量主軸組件剛度的指標(biāo)。
(3) 抗振性 抗振性包括抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。有時也把抵抗受迫振動的能力稱為動剛度，此時，抗振性僅指抵抗自激振動的能力。
(4) 熱穩(wěn)定性 主軸組件在運轉(zhuǎn)中，溫升過高會引起兩方面的不良后果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機(jī)床其他件的相對位置會發(fā)生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。
(5) 耐磨性 主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。
傳動軸除了應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此，疲勞強度不是主要矛盾。除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪聲、發(fā)熱、過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。
7 主軸結(jié)構(gòu)及熱處理要求
主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、制造精度、材料及其熱處理，對主軸組件的工作性能都有很大影響。
(1) 主軸的結(jié)構(gòu)形狀 主軸的結(jié)構(gòu)形狀主要取決于軸上所安裝的零件、軸承、傳動件及夾具等的類型、數(shù)目、位置、安裝定位方式等，也考慮其工藝性要求。主軸通常是一個前粗后細(xì)的階梯軸，即軸徑尺寸從前軸頸起，向后逐漸縮小。這樣的結(jié)構(gòu)，是為了適應(yīng)主軸各段承受的不同載荷，以滿足剛度要求，同時也為其上的多個零件提供足夠的安裝、定位及止推面，同時也有利于加工和裝配。
數(shù)控車床主軸的軸端通常用于安裝夾具，要求夾具在軸端定位精度高、定位剛度好、裝卸方便，同時使主軸的懸伸長度短。主軸端部結(jié)構(gòu)，一般采用短圓錐法蘭盤式。
(2)